Самцы исследуемых видов, поющая мышь Олстона (Scotinomys teguina), издают песни с почти сотней слышимых нот. По словам авторов исследования, они бросают вызов конкурентам, поют по очереди, чередуя их, как говорящие люди. Напротив, стандартные лабораторные мыши издают ультразвуковые звуки без явного обмена звуками.
Таким образом, новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Нью-Йоркского университета, открывает новую область, используя новую модель млекопитающих для изучения механизмов мозга, лежащих в основе субсекундной точности смены голоса.
«Наша работа напрямую демонстрирует, что область мозга, называемая моторной корой, необходима как этим мышам, так и людям для голосового взаимодействия», – говорит старший автор исследования Майкл Лонг, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии в Медицинской школе Нью-Йоркского университета.
«Нам нужно понять, как наш мозг мгновенно генерирует словесные ответы, используя почти сотню мышц, если мы хотим разработать новые методы лечения для многих американцев, у которых этот процесс потерпел неудачу, часто из-за таких заболеваний, как аутизм или травматических событий, таких как инсульт», говорит Лонг.
Исследование, опубликованное 1 марта в Интернете под названием «История науки», показало, что наряду с областями мозга, которые говорят мышцам создавать заметки, отдельные цепи в моторной коре головного мозга позволяют быстро запускать и останавливать, которые формируют разговор между голосовыми партнерами.
«Разделяя звуковые схемы и схемы управления, эволюция оснастила мозг поющих мышей жестким контролем голоса, который также наблюдается в обменах крикетом, птичьих дуэтах и, возможно, в человеческих дискуссиях», – добавляет соавтор исследования Аркаруп Банерджи, доктор философии, аспирант в лаборатории Лонга.
По его словам, несмотря на повсеместное распространение голосовых обменов в естественном мире, в нейробиологии нет подходящих моделей млекопитающих для их изучения. До нового отчета ведущей моделью для изучения этого движения вперед и назад была мартышка, примат, чьи разговорные повороты значительно медленнее, чем человеческая речь, и вряд ли возникли в результате быстрой мышечной реакции на сенсорные сигналы (e.грамм. моторная кортикальная схема).
Социальные песни разные
Исследовательская группа обнаружила, что S. песни тегуина – серии нот, которые предсказуемо развиваются по ходу исполнения песни – изменились в социальных ситуациях, поскольку мышам приходилось «сгибать и ломать песни», чтобы разговаривать. Тесная связь между паттернами песен и показаниями электромиографии, которая фиксирует электрические сигналы, когда мозг генерирует мышечные сокращения, позволила команде определить отношения между мозговыми центрами и песенной мускулатурой, в то время как две мыши координировали свои реакции.
В отличие от результатов прошлых исследований, исследователи обнаружили, что функциональная «горячая точка», расположенная в передней части моторной коры с одной стороны – орофациальная моторная кора или OMC – регулирует время исполнения песни.
Чтобы изучить вклад этих специализированных мозговых цепей в социальное пение, команда исследователей воздействовала на корковые области мышей, используя ряд методов, в том числе устройства, которые охлаждали OMC во время песен. Лонг помогал пионером технологии охлаждения в изучении цепей человеческого мозга, связанных с речью.
По словам авторов исследования, это называется фокальным охлаждением и представляет собой безопасный способ замедлить темп вокализации без изменения высоты звука, тона или продолжительности отдельных нот. Они утверждают, что наблюдаемое функциональное разделение в мозгу между функциями генерации звука и времени, эта иерархия – это то, что делает возможными социально значимые обмены.
Двигаясь вперед, исследователи уже используют свою модель мыши для исследования речевых цепей в человеческом мозге. Понимая деятельность, которая помогает задействовать два мозга в разговоре, они могут искать процессы, которые идут наперекосяк, когда болезнь мешает общению, потенциально стимулируя разработку новых методов лечения многих расстройств.
Наряду с Лонгом, авторами исследования из Института неврологии Нью-Йоркского университета и отдела отоларингологии Медицинской школы Нью-Йоркского университета были соавторы Аркаруп Банерджи и Дэниел Окоби-младший, а также Эндрю Мэтисон. Работа была выполнена в сотрудничестве со Стивеном Фелпсом, доктором философии, директором Центра изучения мозга, поведения и эволюции Техасского университета в Остине, лаборатория которого была пионером в изучении поющей мыши в лабораторных и полевых условиях.
Некоторые из авторов также являются членами Центра нейронологии Нью-Йоркского университета.
Это исследование было поддержано Нью-Йоркским фондом стволовых клеток, Обществом стипендиатов Саймонса и Коллаборацией Саймонса по глобальному мозгу.